なぜ電源回路設計を学ぶのか
電源回路は電子製品の重要な部分であり、電源回路の設計は製品の性能に直接関係します。
電源回路の分類
当社の電子製品の電源回路には、主にリニア電源と高周波スイッチング電源が含まれます。理論的には、リニア電源はユーザーが必要とする電流量を表し、入力が供給する電流量を表します。スイッチング電源は、ユーザーが必要とする電力と入力端で供給される電力の量です。
リニア電源回路の概略図
当社の一般的に使用されている電圧レギュレータ チップ LM7805、LM317、SPX1117 などのリニア パワー デバイスは、線形状態で動作します。下の図 1 は、LM7805 安定化電源回路の回路図です。
図1 リニア電源の概略図
この図から、リニア電源は整流、フィルタリング、電圧調整、エネルギー貯蔵などの機能コンポーネントで構成されていることがわかります。同時に、一般的なリニア電源は直列電圧調整電源であり、出力電流は入力電流に等しく、I1=I2+I3、I3は基準端であり、電流は非常に小さいため、I1≈I3です。 。なぜ電流について話したいのかというと、PCB 設計では各線の幅がランダムに設定されるわけではなく、回路図内のノード間の電流の大きさに応じて決定されるからです。適切なボードを作成するには、電流のサイズと電流の流れが明確である必要があります。
リニア電源のPCB図
PCB を設計するときは、コンポーネントのレイアウトをコンパクトにし、すべての接続をできるだけ短くし、コンポーネントとラインを回路図コンポーネントの機能関係に従ってレイアウトする必要があります。この電源図は、最初の整流、次にフィルタリング、フィルタリングは電圧調整、電圧調整はエネルギー蓄積コンデンサであり、コンデンサを通って次の回路に電気が流れた後です。
図 2 は上記の回路図の PCB 図であり、2 つの図は類似しています。左の写真と右の写真は少し異なります。左の写真の電源は整流後に電圧レギュレータチップの入力側に直接接続され、その後電圧レギュレータコンデンサに接続されます。コンデンサのフィルタリング効果ははるかに悪くなります。 、出力にも問題があります。右の写真は良い写真ですね。正の電源供給の問題だけでなく、逆流の問題も考慮する必要があります。一般に、正の電源ラインとグランドの逆流ラインは可能な限り近づける必要があります。
図2 リニア電源のPCB図
リニア電源PCBを設計するときは、リニア電源の電力レギュレータチップの放熱問題、電圧レギュレータチップのフロントエンドが10V、出力エンドが5Vの場合に熱がどのように来るかにも注意を払う必要があります。出力電流が 500mA の場合、レギュレータ チップで 5V の電圧降下が発生し、発生する熱は 2.5W になります。入力電圧が 15V の場合、電圧降下は 10V、発熱量は 5W となるため、放熱能力に応じて十分な放熱スペースまたは適切なヒートシンクを確保する必要があります。通常、圧力差が比較的小さく、電流が比較的小さい場合にはリニア電源が使用されますが、それ以外の場合はスイッチング電源回路を使用してください。
高周波スイッチング電源の回路図例
スイッチング電源は、スイッチング管を高速オンオフ制御し、PWM波形を生成し、インダクタと連続電流ダイオードを介して電磁変換を利用して電圧を調整する回路を使用します。スイッチング電源、高効率、低発熱、私たちは通常、LM2575、MC34063、SP6659などの回路を使用します。理論的には、スイッチング電源は回路の両端で等しく、電圧は反比例し、電流は反比例します。
図 3 LM2575 スイッチング電源回路の概略図
スイッチング電源の基板図
スイッチング電源のPCBを設計する際には、帰還ラインの入力点と連続電流ダイオードがどちらに連続電流を与えるかに注意する必要があります。図 3 からわかるように、U1 がオンになると、電流 I2 がインダクタ L1 に流れ込みます。インダクタの特性は、インダクタに電流が流れるときに、電流が突然発生したり、突然消えたりすることがないことです。インダクタ内の電流の変化には時間過程があります。インダクタンスを流れるパルス電流 I2 の作用により、電気エネルギーの一部が磁気エネルギーに変換され、電流は徐々に増加します。ある時点で、制御回路 U1 はインダクタンスの特性により I2 をオフにします。電流は突然消えることはなく、このときダイオードが機能し、電流I2を引き継ぐため、連続電流ダイオードと呼ばれ、連続電流ダイオードがインダクタンスに使用されていることがわかります。連続電流 I3 は C3 のマイナス端から始まり、ポンプに相当する D1、L1 を通って C3 のプラス端に流れ込み、インダクタのエネルギーを利用してコンデンサ C3 の電圧を上昇させます。また、電圧検出のフィードバックラインの入力点の問題もあり、フィルタリング後の場所にフィードバックする必要があり、そうしないと出力電圧リップルが大きくなります。これら 2 つの点は、多くの PCB 設計者によって無視されることが多く、同じネットワークは同じではなく、実際には場所も同じではなく、パフォーマンスへの影響が大きいと考えられています。図 4 は、LM2575 スイッチング電源の PCB 図です。間違った図の何が問題なのかを見てみましょう。
図4 LM2575スイッチング電源のPCB図
回路図の原理について詳しく説明する理由は、回路図にはコンポーネント ピンのアクセス ポイント、ノード ネットワークの現在のサイズなど、多くの PCB 情報が含まれているためです。回路図の PCB 設計を参照してください。問題はありません。LM7805 回路と LM2575 回路は、それぞれリニア電源とスイッチング電源の典型的なレイアウト回路を表します。PCBSを作成するとき、これら2つのPCB図のレイアウトと配線は直接一致しますが、製品は異なり、回路基板も異なり、実際の状況に応じて調整されます。
すべての変化は不可分であるため、電源回路の原理と基板の仕組み、すべての電子製品は電源とその回路から不可分であるため、2つの回路を学び、もう1つの回路も理解します。
投稿時間: 2023 年 7 月 8 日